波动双外扰与间歇采暖下太阳能建筑热过程及设计优化研究

在被动太阳房热环境调节基础上，采暖系统可通过间歇运行降低能耗。但此类房间受室外气温和太阳辐射波动性双外扰以及采暖间歇性内扰联合作用，在主、被动调节方式转换中伴随着多次蓄、放热交替，建筑热工与采暖系统之间形成特殊的动态耦合关系。各围护结构中热流强度和方向变化规律不同于单独的太阳房或采暖建筑，围护结构保温和热惯性参数优化基础发生变化；采暖设计负荷和系统运行模式受室内外传热、预热和被动太阳能得热等波动热过程叠加影响，难以应用现有相关规范指导设计。本项目拟通过理论分析、数值模拟和现场测试，掌握太阳房围护结构热阻、蓄热系数以及采暖设计负荷、启停时段等之间的相互影响机理，及其与房间温度和系统能耗之间的定量关系，寻求优化组合模式；提出适应的围护结构热工设计参数和构造形式；提出采暖系统设计负荷计算方法和间歇运行调节策略。本研究将为太阳能采暖建筑设计、建筑节能相关规范修订提供基础数据和理论支持。

充分发挥被动太阳房调节作用，减少采暖系统间歇运行时间和运行负荷，实现节能最大化是本研究的总体目标。项目通过调查测试，掌握了典型被动太阳房室内背景温度特征，掌握了村镇住宅间歇使用模式及室内热环境需求；通过理论分析，建立了波动双外扰与阶跃性内扰作用下墙体非稳态传热数学分析模型，建立了热水辐射间歇供暖地板动态传热数学分析模型；通过数值分析，完成了太阳能建筑集热构件优化分析研究，获得了热水辐射间歇供暖地板动态蓄放热特性，及其与地板、设计和运行参数的关系；完成了被动太阳房与地板辐射间歇供暖耦合调节过程研究，形成了适应的围护结构热工设计参数、采暖系统设计负荷计算方法和间歇运行调节策略；完成了实验建筑测试分析，验证了理论模型和数值计算结果。除此之外，对太阳能富集地区围护结构朝向修正率进行了研究，给出基于建筑热工和太阳能资源综合分区的朝向修正率计算和取值方法；开发出一种相变太阳能热风取暖器，对其蓄放热过程及工作特性进行研究，形成优化设计方法。研究成果获国家科技进步二等奖1次、陕西省科技进步一等奖1次；在国内外重要期刊和大型会议上发表科研论文25篇，其中SCI、EI检索12篇，ISTP检索1篇，核心期刊11篇；培养研究生9名，其中博士研究生2名，硕士研究生7名；申请专利4项，授权1项。本研究将为太阳能采暖建筑设计、建筑节能相关规范修订提供基础数据和理论支持。